Die vorliegende Erfindung betrifft hydrophile, hochquellfähige Hydrogela, die mit einer Phosphonsäurediglycidylester-haltigen Vernetzermischung oberflächenmodifiziert sind, Verfahren zu ihrer Herstellung, ihre Verwendung sowie Phosphonsäurediglycidylester-haltige Vernetzermischungen.

Hydrophile Hydrogele, die durch Polymerisation olefinisch ungesättigter Säuren, wie beispielsweise Acrylsäure, Methacrylsäure, Acrylamidopropansulfonsäure usw., in Gegenwart geringer Mengen mehrfach olefinisch ungesättigter Verbindungen erhalten werden können, sind bereits bekannt und beispielsweise beschrieben in US 4,057,521, US 4,062,817, US 4,525,527, US 4,286,082, US 4,340,706 und US 4,295,987.

Weiterhin sind auch hydrophile Hydrogele bekannt, die durch Pfropfcopolymerisation olefinisch ungesättigter Säuren auf unterschiedliche Matrices, wie beispielsweise Polysaccharide, Polyalkylenoxide sowie deren Derivate, zugänglich sind (z.B. US 5,011,892, US 4,076,663 und US 4,931,497).

Die genannten Hydrogele zeichnen sich durch ein hohes Aufnahmevermögen für Wasser und wäßrige Lösungen aus und finden daher bevorzugt Anwendung als Absorptionsmittel in Hygieneartikeln.

Es ist bereits bekannt, daß die Eigenschaften dieser Hydrogele durch eine Oberflächenbehandlung mit bestimmten Substanzen modifiziert werden können.

Beispielsweise sind Modifizierungen durch Behandlung mit kationischen Polymeren und Polyaminen (US 4,824,901), mit mehrwertigen Metallkationen (US 5,002,986 und US 4,771,105), mit anorganischen Zuschlägen (US 4,500,670), mit Alkoxysilylverbindungen (EP-A 415 183 und EP-A 195 406) sowie mit weiteren Substanzen wie Polyhydroxyverbindungen, Polyoxazolinen, Polyglycidylethern usw. (EP-A 372 981, EP-A 317 106, US 4,666,983 und US 4,734,478) bekannt.

Durch diese Modifizierungen können verbesserte Eigenschaften der Hydrogele hinsichtlich mechanischer Stabilität und Absorptionsgeschwindigkeit von Wasser erzielt werden.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es demgegenüber, Hydrogele mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich mechanischer Stabilität und Wasserrückhaltevermögen der gequollenen Partikel bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein hydrophiles, hochquellfähiges Hydrogel auf Basis (co)polymerisierter hydrophiler Monomerer oder auf Basis von Pfropf(co)polymeren, dadurch gekennzeichnet, daß es oberflächenmodifiziert ist mit einer Mischung aus

• A) einem oder mehreren Phosphonsäurediglycidylestern der allgemeinen Formel I worin R Alkyl, Alkenyl oder Aryl, die gegebenenfalls substituiert sein können und
• B) einer oder mehreren anderen reaktiven Verbindungen, die befähigt sind, mit den funktionellen Gruppen im Polymer zu reagieren.

Bevorzugt ist das erfindungsgemäße hydrophile, hochquellfähige Hydrogel oberflächenmodifiziert mit einer Mischung aus

• A) einem oder mehreren Phosphonsäurediglycidylestern der allgemeinen Formel I worin R (C₁-C₁₈)-Alkyl; (C₃-C₈)-Cycloalkyl; eine Gruppe der allgemeinen Formel II wobei R¹ und R² unabhängig voneinander für Wasserstoff oder (C₁-C₄)-Alkyl stehen; oder eine Gruppe der allgemeinen Formel III wobei R³ für Wasserstoff, Halogen oder (C₁-C₄)-Alkyl steht, bedeutet und
• B) einem oder mehreren (Poly-)glycidylethern und/oder einem oder mehreren Alkoxysilylverbindungen, und/oder einem oder mehreren Polyaziridinen und/oder einem oder mehreren Polyaminen und/oder einem oder mehreren Polyamidoaminen.

Für R, R¹, R² oder R³ stehende Alkylgruppen können geradkettig oder verzweigt sein.

Für R stehendes (C₁-C₁₈)-Alkyl bedeutet insbesondere Methyl, Ethyl, n-Propyl, i-Propyl, n-Butyl, i-Butyl, n-Pentyl, i-Pentyl, n-Hexyl, i-Hexyl, Decyl oder Stearyl, wobei aber (C₁-C₃)-Alkyl besonders bevorzugt ist.

Ein besonders bevorzugtes (C₃-C₈)-Cycloalkyl ist Cyclohexyl.

Für R¹ bzw. R² stehendes (C₁-C₄)-Alkyl ist besonders bevorzugt Methyl. R¹ und R² sind aber ganz besonders bevorzugt Wasserstoff.

Der Rest R³ kann in 2-, 3- oder 4-Position bezogen auf die Kohlenstoff-Phosphor-Bindung stehen.

Für R³ stehendes (C₁-C₄)-Alkyl bedeutet insbesondere Methyl, Ethyl, n-Propyl, i-Propyl, n-Butyl, i-Butyl oder tert.-Butyl. Für R³ stehendes Halogen bedeutet insbesondere Fluor, Chlor, Brom oder Iod.

R³ bedeutet besonders bevorzugt Methyl oder Chlor, ganz besonders bevorzugt Wasserstoff.

Besonders bevorzugte Verbindungen der allgemeinen Formel I sind Methylphosphonsäurediglycidylester, n-Propylphosphonsäurediglycidylester, Stearylphosphonsäurediglycidylester und Dekanphosphonsäurediglycidylester.

Bevorzugte (Poly-)glycidylether sind Monoethylenglykoldiglycidylether, Polyethylenglykoldiglycidylether, insbesondere Nonaethylenglykoldiglycidylether, Monopropylenglykoldiglycidylether und Polypropylenglykoldiglycidylether.

Bevorzugte Alkoxysilylverbindungen sind Aminoalkylalkoxysilane wie beispielsweise 3-Aminopropyltriethoxysilan, Trimethoxysilylpropyldiethylentriamin, N-Aminoethylaminopropyltrimethoxysilan und Aminoethylaminomethylphenethyltrimethoxysilan sowie Glycidylalkoxysilane wie beispielsweise 3-Glycidyloxypropyltrimethoxysilan.

Bevorzugte Polyaziridine sind Anlagerungsverbindungen von Aziridin an mehrfach ungesättigte Komponenten, beispielsweise Trimethylolpropantri[3-(1-aziridinyl)propionat].

Ein bevorzugtes Polyamin ist Polyethylenimin.

Bevorzugte Polyamidoamine sind Kondensate aus Adipinsäure und mehrwertigen Aminen, wie z.B. Diethylentriamin.

Das Verhältnis der Verbindung(en) der allgemeinen Formel I zu der bzw. den Verbindungen gemäß B) kann in weiten Grenzen variieren. Bevorzugt liegt der Anteil an Verbindung gemäß B) zwischen 0,5 und 90 Gew.%, besonders bevorzugt zwischen 1 und 60 Gew.%.

Werden mehrere Verbindungen der allgemeinen Formel I eingesetzt, so ist deren Gewichtsverhältnis völlig unkritisch. Analoges gilt, wenn mehrere Verbindungen gemäß B) eingesetzt werden.

In den erfindungsgemäßen Hydrogelen liegt der Anteil an Mischung aus Verbindung(en) der allgemeinen Formel I und Verbindung(en) gemäß B) bevorzugt bei 0,01 bis 10 Gew.%, besonders bevorzugt bei 0,05 bis 3 Gew.%.

Die den erfindungsgemäßen Hydrogelen zugrunde liegenden Polymere aus (co)polymerisierten hydrophilen Monomeren bzw. Pfropf(co)polymeren sind bekannt und beispielsweise in den oben zitierten Literaturstellen beschrieben.

Bevorzugt sind Polymere aus hydrophilen Monomeren wie beispielsweise Acrylsäure, Methacrylsäure, Crotonsäure, 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure und -phosphonsäure, Vinylphosphonsäure, Vinylphosphonsäurehalbester, deren Salze, Acrylamid, N-Vinylamide oder Gemischen davon, wobei saure Gruppen ganz oder teilweise neutralisiert vorliegen können.

Bevorzugt sind auch Pfropfpolymere auf Basis Stärke, Cellulose oder Cellulosederivate, sowie die in US 4,931,497 und US 5,011,892 beschriebenen Pfropfpolymere.

Die den erfindungsgemäßen Hydrogelen zugrunde liegenden Polymere bzw. Pfropfpolymere können auch bereits mit geeigneten Vernetzern, wie beispielsweise Methylenbisacrylamid, Bisacrylamidoessigsäure, Alkenylphosphon- oder -phosphinsäureestern, Trimethylolpropantri(meth)acrylat oder Tetraallyloxyethan vernetzt sein.

Die erfindungsgemäßen Hydrogele weisen bevorzugt eine durchschnittliche Korngroßenverteilung von 20 bis 1000 µm, besonders bevorzugt 100 bis 1000 µm auf.

Bevorzugt sind darüber hinaus solche erfindungsgemäßen Hydrogele, bei denen der Masseanteil des Korngrößenbereichs 400 bis 1680 µm mehr als 50 % beträgt.

Die erfindungsgemäßen Hydrogele können dadurch hergestellt werden, daß die Polymere aus (co)polymerisierten hydrophilen Monomeren bzw. die Pfropf(co)polymeren in fester Form, bevorzugt in Pulverform mit einer Korngrössenverteilung zwischen 20 und 1000 µm, bevorzugt zwischen 100 und 850 µm, in einem Mischaggregat mit einer Mischung aus einer oder mehreren Verbindungen der allgemeinen Formel I und einer oder mehreren Verbindungen gemäß B) behandelt werden.

Geeignete Mischaggregate sind beispielsweise Patterson-Kelly-Mischer, DRAIS-Turbolenzmischer, Lödige-Mischer, Schneckenmischer, Tellermischer und Wirbelschichtmischer.

Das Verfahren wird bevorzugt im Temperaturbereich zwischen 0 und 200^oC, bevorzugt 80 bis 180^oC, ausgeführt. Es ist dabei bevorzugt, daß das zu modifizierende Polymer bzw. Pfropfpolymer vor Ausführung des Verfahrens auf eine Temperatur von 40 bis 100^oC vorgewärmt wird. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Komponenten bei einer Temperatur zwischen 20 und 60^oC in einem üblichen, heizbaren Mischaggregat gemischt und dann zur Beschleunigung der Reaktion im oberflächennahen Bereich auf eine Temperatur zwischen 80 und 200^oC, bevorzugt 80 bis 150^oC, erhitzt. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt dieser Temperaturbehandlungsschritt in einem nachgeschalteten Trockner über einen Zeitraum von 10 Minuten bis 6 Stunden, wobei sowohl Spaltprodukte, welche bei der Reaktion entstehen können, sowie eventuell vorher zugesetzte Lösungsmittelanteile entfernt werden können.

Die Mischungen aus den Komponenten A) und B) können sowohl in Substanz als auch in Form von Lösungen eingesetzt werden.

Bevorzugte Lösungsmittel sind Wasser, sowie Alkohole, Ester, Ketone, Ether und Kohlenwasserstoffe sowie Mischungen dieser Komponenten mit Kochpunkten bis zu 200^oC, bevorzugt bis 150^oC.

Es ist auch möglich, die Polymeren aus (co)polymerisierten hydrophilen Monomeren bzw. die Pfropf(co)polymeren erst mit Komponente A und anschließend mit Komponente B zu modifizieren.

Gegenstand vorstehender Erfindung sind auch Vernetzermischungen bestehend aus

• A) einem oder mehreren Phosphonsäurediglycidylestern der allgemeinen Formel I worin R Alkyl, Alkenyl oder Aryl, die gegebenenfalls substituiert sein können und
• B) einer oder mehrerer anderer reaktiver Verbindungen, die befähigt sind, mit den funktionellen Gruppen des zu vernetzenden Polymers zu reagieren.

Bevorzugte Vernetzermischungen bestehen aus

• A) einem oder mehreren Phosphonsäurediglycidylestern der allgemeinen Formel I worin R (C₁-C₁₈)-Alkyl; (C₃-C₈)-Cycloalkyl; eine Gruppe der allgemeinen Formel II wobei R¹ und R² unabhängig voneinander für Wasserstoff oder (C₁-C₄)-Alkyl stehen; oder eine Gruppe der allgemeinen Formel III wobei R³ für Wasserstoff, Halogen oder (C₁-C₄)-Alkyl steht, bedeutet und
• B) einem oder mehreren (Poly-)glycidylethern und/oder einem oder mehreren Alkoxysilylverbindungen, und/oder einem oder mehreren Polyaziridinen und/oder einem oder mehreren Polyaminen und/oder einem oder mehreren Polyamidoaminen.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemässen Vernetzermischungen hinsichtlich der Komponenten A) und B) entsprechen den bereits obengenannten bevorzugten Ausführungen.

Die erfindungsgemäßen Vernetzermischungen können durch einfaches Mischen der Komponenten erhalten werden.

Die Verbindungen der allgemeinen Formel I können nach bekannten Methoden hergestellt werden.

So ist beispielsweise in der US 2,856,369 die Umsetzung von Phosphonsäurediallylestern mit Persäuren zu den entsprechenden Phosphonsäurediglycidylestern der allgemeinen Formel I beschrieben, in Doklady Akad. SSSR, 155 (1964) 1137 die Umsetzung von Phosphonigsäuredichloriden mit Glycid in Gegenwart von Base, zu den entsprechenden Phosphonigsäurediglycidylestern, die ihrerseits mit Oxidationsmitteln wie N₂O₄ in Verbindungen der allgemeinen Formel I überführt werden können.

Bevorzugt werden die Verbindungen der allgemeinen Formel I hergestellt durch Umsetzung der entsprechenden Phosphonsäuredichloride mit Glycid in Gegenwart von Base. Die Base ist notwendig zum Abfangen des bei der Reaktion von Phosphonsäuredichlorid mit Glycid entstehenden HCl, das zu Neben- bzw. Folgereaktionen führt. In Zh. Obshch. Khim 116 (1984) 2404 wird als Base NaH empfohlen, häufiger genutzt werden jedoch stickstoffhaltige Basen. Hierzu zählen insbesondere tertiäre Amine wie Trimethylamin, Triethylamin, Tripropylamin oder Tributylamin. In US 2,856,369 wird auch die Verwendung von Pyridin empfohlen. Bevorzugt eingesetzt werden Trialkylamine, besonders bevorzugt Triethylamin.

Bevorzugte Lösemittel für diese Reaktionen sind Diethylether, Methyl-tert.-butylether, Benzol, Toluol oder Xylole, aber auch andere inerte Lösemittel sowie Mischungen verschiedener Lösemittel sind geeignet. Für technische Zwecke besonders geeignet sind Lösemittel wie Methyl-tert.-butylether, Tetrahydrofuran, Toluol oder Xylole sowie deren Mischungen, besonders bevorzugt wird Toluol eingesetzt.

Die Reaktanten sowie die erforderliche Base werden üblicherweise in stöchiometrischen Mengen eingesetzt, jedoch können auch Überschüsse an Base und/oder Glycid von Vorteil sein. Gründe für die jeweils bevorzugten Einsatzmengen können verfahrenstechnischer oder anwendungstechnischer Natur sein. Unter anwendungstechnische Gründe fallen u.a. Reinheitskriterien wie: Farbe, möglichst hohe Gehalte an Wirksubstanz, möglichst geringe Gehalte an Nebenprodukten, möglichst geringe Gehalte an Ausgangsverbindungen sowie möglichst geringe Gehalte an verseifbarem und/oder ionogenem Chlor. In letzterem Fall empfiehlt sich häufig ein geringer, 1-20 Mol-%, bevorzugt 1-5 Mol-% Überschuß an Amin.

Zur Reaktion wird üblicherweise eine Mischung aus Glycid und Base im verwendeten Lösemittel vorgelegt, und das Phosphonsäuredichlorid entweder in Substanz, oder in einem der beschriebenen Lösemittel gelöst zugetropft. Auch andere Verfahrensweisen sind möglich. Beispielsweise können das Amin und das Phosphonsäuredichlorid vorgelegt werden und das Glycid zugetropft werden. Auch kontinuierliche Verfahrensweisen sind möglich. Hierzu werden z.B. Ströme aus Glycid und Amin mit einem Strom des entsprechenden Phosphonsäuredichlorides zusammengeführt und derart zur Reaktion gebracht. Einer oder beide Ströme enhält dann das erforderliche Lösemittel, das nötig ist, um Verstopfungen der Rohrleitungen durch ausfallendes Aminhydrochlorid zu vermeiden.

Nach beendeter Reaktion wird üblicherweise das ausgefallene Aminhydrochlorid abgetrennt, beispielsweise durch Filtration oder Zentrifugation. Wird ein lösemittelfreies Produkt benötigt, so wird nachfolgend das Lösemittel abdestilliert, gegebenenfalls unter vermindertem Druck. Eine weitere Reinigung des so erhaltenen Rohproduktes kann durch Destillation unter vermindertem Druck erfolgen, entweder aus der Blase, bevorzugt jedoch in kontinuierlicher Weise durch Destillation über einen Dünnschicht- oder Kurzwegverdampfer.

Die zum Einsatz kommenden Komponenten B sind bekannt und können nach dem Fachmann bekannten und in der einschlägigen Literatur beschriebenen Methoden hergestellt werden.

Zum Teil sind sie auch kommerziell erwerbbare Handelsprodukte.

Die erfindungsgemäßen hydrophilen, hochquellfähigen Hydrogele sind als Absorptionsmittel für Wasser und wässrige Lösungen in hervorragender Weise geeignet und können insbesondere bei der Herstellung von Hygieneartikeln wie Windeln, Binden, Tampons und anderen saugfähigen Produkten Verwendung finden. Von besonderem Vorteil ist dabei, daß die Polymerpartikel im gequollenen Zustand selbst unter mechanischer Belastung nicht zum Verkleben neigen.

Die Herstellung von Hygieneartikeln, insbesondere Windeln, unter Verwendung von Hydrogelen ist an sich dem Fachmann bekannt und in der Literatur beschrieben.

a) Herstellung des zu modifizierenden Polymers
In einem durch geschäumtes Kunststoffmaterial gut isolierten Polyethylengefäß mit einem Fassungsvermögen von 10 l werden 5240 g E-Wasser vorgelegt, 1505 g Natriumbicarbonat darin suspendiert und langsam 1980 g Acrylsäure so zudosiert, daß ein Überschäumen der Reaktionslösung vermieden wird, wobei sich diese auf eine Temperatur von ca. 5 bis 3^oC abkühlt. Es wird nun eine Mischung aus 20 g Trimethylolpropantriacrylat in 16 g eines Polyglykolethers auf Basis eines synthetischen C₁₂-C₁₅-Oxoalkohols mit ca. 13 Ethylenoxideinheiten und 10 g eines Natrium-Diisooctylsulfosuccinates zugegeben. Bei einer Temperatur von 4^oC werden die Initiatoren, ein Redoxsystem, bestehend aus 2,2 g 2,2'-Azobisamidinopropan-dihydrochlorid, gelöst in 20 g E-Wasser, 6 g Kaliumperoxodisulfat, gelöst in 170 g E-Wasser, sowie 0,4 g Ascorbinsäure, gelöst in 120 g E-Wasser nacheinander zugegeben und gut verrührt. Die Reaktionslösung wird daraufhin ohne Rühren stehen gelassen, wobei durch einsetzende Polymerisation, in dessen Verlauf die Temperatur bis auf ca. 85^oC ansteigt, ein festes Gel entsteht. Dieses wird anschließend mechanisch zerkleinert, bei Temperaturen über 80^oC getrocknet, gemahlen und auf 100 bis 850 µm abgesiebt. Man erhält ein Produkt, gekennzeichnet durch folgende physikalische Daten, alle gemessen in NaCl 0,9 % : Absorption unter Druck (20 g/cm² - 1 Std.) 9,4 g/g Absorption (Teebeutel, Abtropftest-10/10 Min.) 47 g/g Zentrifugenretention (Teebeutel-10/3 Min.) 36 g/g Extrahierbare Anteile (16 Std.) 17,4 %
b) Oberflächenmodifizierung
In einem PETTERSON & KELLY-Mischer von 10 l Inhalt werden 6 kg Polymerpulver, hergestellt gemäß Beispiel 1a) vorgelegt. Unter Mischen wird im Verlauf von 7 Minuten eine Lösung aus 6 g Methylphosphonsäurediglycidylester, 6 g Nonaethylenglycoldiglycidylether und 228 g Wasser aufgedüst und 1 Minute nachgemischt. Das Produkt wird anschließend im Trockenschrank 30 Minuten bei 130^oC nachgetempert. Es ist gekennzeichnet durch folgende physikalische Daten, alle gemessen in NaCl 0,9 % : Absorption unter Druck (20 g/cm² - 1 Std.) 30,6 g/g Absorption (Teebeutel, Abtropftest-10/10 Min.) 46 g/g Zentrifugenretention (Teebeutel-10/3 Min.) 34 g/g Extrahierbare Anteile (16 Std.) 16,6 %

a) Herstellung des zu modifizierenden Polymers
Unter adiabatischen Bedingungen werden in einem 5 l zylindrischen Weithalsreaktionskolben 3615 g auf 15^oC abgekühltes E-Wasser vorgelegt, 490 g einer aufgekochten und ebenfalls auf 15^oC abgekühlten Stärkelösung, bestehend aus 45 g Maisstärke und 445 g E-Wasser, 850 g Acrylsäure sowie 4,25 g Tetraallyloxyethan darin gelöst. Es wird Stickstoff in die Monomerlösung eingeleitet (ca. 21/Min.), um den Sauerstoffgehalt zu erniedrigen.
Bei einem Gehalt von ca. 1,5 ppm O₂ werden 64 g einer 4 %igen wässrigen Lösung von 2,2'-Azobis(2-Amidinopropan)dihydrochlorid zugegeben, nach weiterem N₂-Einleiten und einem O₂-Gehalt von ca. 1,3 ppm werden 12 g einer 0,75 %igen H₂O₂-Lösung zugegeben und schließlich bei einem O₂-Gehalt von <1,0 ppm werden 12 g einer 0,15 %igen Ascorbinsäurelösung zugegeben. Durch einsetzende Polymerisation, in deren Verlauf die Temperatur bis auf ca. 65^oC ansteigt, entsteht ein festes Gel, das anschließend mechanisch zerkleinert wird. 1000 g des zerkleinerten Gels werden mit 346 g Natronlauge 27 %ig versetzt (Neutralisationsgrad der Acrylsäure = 70 Mol-%), dreimal durchgeknetet, und anschließend bei Temperaturen über 150^oC in dünner Schicht getrocknet, gemahlen und gegebenenfalls auf 50 bis 850 µm gesiebt.
Man erhält ein Produkt, gekennzeichnet durch folgende physikalische Daten, alle gemessen in NaCl 0,9 % : Absorption unter Druck (20 g/cm² - 1 Std.) 15 g/g Absorption (Teebeutel, Abtropftest-10/10 Min.) 50 g/g Zentrifugenretention (Teebeutel-10/3 Min.) 36 g/g Extrahierbare Anteile (16 Std.) 7 %
b) Oberflächenmodifizierung
In einem LÖDIGE-Pflugscharmischer von 100 l Inhalt werden 35 kg Polymerpulver mit einem Schüttgewicht von 0,46 g/cm³, hergestellt gemäß Beispiel 2a), vorgelegt und auf 80^oC angeheizt. Nach Erreichen der Produkttemperatur wird im Verlauf von 5 bis 10 Minuten eine Lösung von 87,5 g Propylphosphonsäurediglycidylester, 87,5 g eines glycidylorganofunktionellen Polydimethylsiloxans (TEGOMFR ® E-SI 7235 / Handelsprodukt der TH. GOLDSCHMIDT AG) und 425 g Isopropanol und 50 g Wasser aufgedüst. Es wird auf 100^oC Produkttemperatur angeheizt, um das Lösungsmittel wieder abzudestillieren, um anschließend direkt wieder abzukühlen.
Man erhält ein Produkt, das gekennzeichnet ist durch folgende physikalische Daten, alle gemessen in NaCl 0,9 % : Absorption unter Druck (20 g/cm² - 1 Std.) 27 g/g Absorption (Teebeutel, Abtropftest-10/10 Min.) 61 g/g Zentrifugenretention (Teebeutel-10/3 Min.) 40 g/g Extrahierbare Anteile (16 Std.) 4,5 %

a) Herstellung des zu modifizierenden Polymers
Gemäß US 4,931,497 werden in einem durch geschäumtes Kunststoffmaterial gut isolierten Polyethylengefäß mit einem Fassungsvermögen von 10 l 5310 g E-Wasser vorgelegt, 1219 g Natriumbicarbonat darin suspendiert und langsam 1972 g Acrylsäure so zudosiert, daß ein Überschäumen der Reaktionslösung vermieden wird, wobei sich diese auf eine Temperatur von ca. 5 bis 3^oC abkühlt. Es wird nun eine Aufschlämmung aus 4 g Methylenbisacrylamid in 100 g Wasser sowie 24 g eines Umsetzungsproduktes aus 1 Mol Polyethylenglykol mit einem Durchschnittsmolekulargewicht von 300 und 1,98 Mol Maleinsäureanhydrid zugegeben. Bei einer Temperatur von 4^oC werden die Initiatoren, ein Redoxsystem, bestehend aus 2,2 g 2,2'-Azobisamidinopropan-dihydrochlorid, gelöst in 20 g E-Wasser, 6 g Kaliumperoxodisulfat, gelöst in 175 g E-Wasser, sowie 0,4 g Ascorbinsäure, gelöst in 120 g E-Waser nacheinander zugegeben und gut verrührt. Die Reaktionslösung wird daraufhin ohne Rühren stehengelassen, wobei durch einsetzende Polymerisation, in dessen Verlauf die Temperatur bis auf ca. 85^oC ansteigt, ein festes Gel entsteht. Dieses wird anschließend mechanisch zerkleinert, bei Temperaturen über 80^oC getrocknet, gemahlen und auf 100 bis 630 µm gesiebt.
Man erhält ein Produkt, gekennzeichnet durch folgende physikalische Daten, alle gemessen in NaCl 0,9 % : Absorption unter Druck (20 g/cm² - 1 Std.) 8,5 g/g Absorption (Teebeutel, Abtropftest-10/10 Min.) 46 g/g Zentrifugenretention (Teebeutel-10/3 Min.) 32 g/g Extrahierbare Anteile (16 Std.) 6,5 %
b) Oberflächenmodifizierung
In einem PETTERSON & KELLY-Mischer von 10 l Inhalt werden 6 kg Polymerpulver, hergestellt gemäß Beispiel 3a), vorgelegt. Unter Mischen wird im Verlauf von 5 Minuten eine Lösung aus 1,2 g n-Propylphosphonsäurediglycidylester, 10,8 g Monoethylenglykoldiglycidylether und 228 g Wasser aufgedüst und 1 Minute nachgemischt. Das Produkt wird anschließend im Trockenschrank 30 Minuten bei 130^oC nachgetempert. Es ist gekennzeichnet durch folgende physikalische Daten, alle gemessen in NaCl 0,9 % : Absorption unter Druck (20 g/cm² - 1 Std.) 24,9 g/g Absorption (Teebeutel, Abtropftest-10/10 Min.) 45 g/g Zentrifugenretention (Teebeutel-10/3 Min.) 38 g/g Extrahierbare Anteile (16 Std.) 6,8 %

In einem 21-Polymerisationskolben werden 635 g Cyclohexan vorgelegt und unter Rühren auf 40 bis 45^oC erwärmt, worauf die Zugabe von 3,5 g Ethylcellulose (Typ CN 200 der Fa. HERCULES, USA) erfolgt. Unter Einleiten eines schwachen N₂-Stromes wird auf Rückflußtemperatur erhitzt. Nach 25 Minuten Rückfluß wird mittels einer Dosierpumpe eine auf Raumtemperatur abgekühlte teilneutralisierte Acrylsäurelösung, bestehend aus 175 g Wasser, 230 g Acrylsäure, 258 g Kalilauge 50 %ig, abgemischt mit einer Lösung aus 20 g Wasser, 0,3 g Ethylendiamintetraessigsäure, 0,1 g Na₂S₂O₈ und 0,2 g 4,4'-Azobis-4-cyano-valeriansäure innerhalb von 90 Minuten zudosiert. Der Rückflußkühler wird nun gegen einen Wasserabscheider ausgetauscht und das Wasser wird azeotrop abdestilliert. Nach Beginn des azeotropen Abdestillierens des Wassers wird eine Emulsion, bestehend aus 15 g Cyclohexan, 0,5 g Wasser, 0,45 g Stearylphosphonsäurediglycidylester, 0,05 g Ethylenglykoldiglycidylester und 0,4 g eines Sorbitanmonolaurat, zugegeben. Es werden 260 g Wasser abdestilliert, das Lösungsmittel vom Polymer abfiltriert, 2 Stunden bei 105^oC im Trockenschrank nachgetrocknet und gegebenenfalls von im Kornspektrum von der Norm abweichenden Polymerpartikeln abgesiebt. Man erhält ein Produkt, gekennzeichnet durch folgende physikalische Daten, alle gemessen mit der Kornfraktion 0,3 bis 0,4 mm in NaCl 0,9 % : Absorption unter Druck (20 g/cm² - 1 Std.) 27 g/g Absorption (Teebeutel, Abtropftest-10/10 Min.) 46 g/g Zentrifugenretention (Teebeutel-10/3 Min.) 32 g/g Extrahierbare Anteile (16 Std.) 12 %

Zur Charakterisierung der erfindungsgemäßen Hydrogele wurden von den folgenden Beispielen die Absorption unter Druckbelastung (AUL), die freie Absorption (FSC), die Zentrifugenretention (CR) und der Elastizitätsmodul G' gemessen.

Die Absorption unter Druckbelastung (20 g/cm²) wird nach der in der EP 0 339 461, Seite 7, beschriebenen Methode bestimmt: In einem Zylinder mit Siebboden gibt man die Einwaage an Hydrogel und belastet das Pulver mit einem Stempel, der einen Druck von 20 g/cm² ausübt. Der Zylinder wird anschließend auf einem Demand-Absorbency-Tester (DAT) gestellt, wo man den Superabsorber eine Stunde lang 0,9 %ige NaCl-Lösung saugen läßt.

Die freie Absorption und die Zentrifugenretention werden mit Hilfe der Teebeutelmethode bestimmt und als Mittelwert von zwei Messungen angegeben: Etwa 0,2 g Hydrogel werden in einen Teebeutel eingeschweißt und ür 10 Minuten in 0,9 %ige NaCl-Lösung getaucht. Zur Bestimmung der Absorption wird der Teebeutel nun diagonal für 10 Minuten aufgehängt und anschließend gewogen. Zur Bestimmung der Retention wird der Teebeutel nach dem Eintauchen in einer Schleuder (23 cm Durchmesser, 1400 Upm) 3 Minuten geschleudert und gewogen. Mit Hilfe eines Teebeutels ohne Hydrogel wird der Blindwert bestimmt:
Der Elastizitätsmodul wird mit einem Carri-Med-Stress-Rheometer mit einer Platte-Platte-Konfiguration gemessen. Zur Bestimmung des Elastizitätsmoduls läßt man 1 g Hydrogel in 60 g 0,9 %iger NaCl-Lösung für 24 Stunden quellen und mißt anschließend an diesem gequollenen Gel den Speichermodul in Abhängigkeit von der Schubspannung bei einer Frequenz von 1 Hz. Der Plateauwert wird als Elastizitätsmodul G' angegeben.

• a) Herstellung des zu modifizierenden Polymers
  Man verfährt wie in Beispiel 2a angegeben mit der Ausnahme, daß statt 4,25 g nur 2,5 g Tetraallyloxyethan eingesetzt werden. Das getrocknete und gemahlene Produkt wird auf 100 - 850 µm abgesiebt. Die physikalischen Daten sind Tabelle 1 zu entnehmen.
• b) Oberflächenmodifizierung
  Je 100 g Pulver gemäß a) werden unter kräftigem Rühren mit je 10 g einer Vernetzerlösung, die die Komponenten A und B enthält, vermischt und anschließend für 2 Stunden in einem auf 120^oC temperierten Ofen erhitzt. Nach dem Abkühlen werden die obengenannten Meßwerte bestimmt, die Tabelle 1 zu entnehmen sind.

Es werden folgende Abkürzungen verwendet:

IPA:

Isopropylalkohol

A1:

n-Propylphosphonsäurediglycidylester

A2:

Decylphosphonsäurediglycidylester

A3:

Phenylphosphonsäurediglycidylester

A4:

Stearylphosphonsäurediglycidylester

B1:

Monoethylenglykoldiglycidylether, epoxy equivalent (g/equ.) = 112

B2:

Nonaethylenglykoldiglycidylether, epoxy equivalent (g/equ.) = 276

B3:

Glycidylorg. funkt. Polydimethylsiloxan mit Kammstruktur, Epoxygruppen seitenständig, epoxy equivalent (g/equ.) = 500 - 600

B4:

Glycidylorg. funkt. Polydimethylsiloxan mit Kammstruktur, Epoxygruppen seitenständig, epoxy equivalent (g/equ.) = 1000 - 1200

B5:

a,w-glycidyl. funkt. Polydimethylsiloxan, Epoxygruppen endständig, epoxy equivalent (g/equ.) = 550 - 630

B6:

a,w-glycidyl. funkt. Polydimethylsiloxan, Epoxygruppen endständig, epoxy equivalent (g/equ.) = 1100 - 1230

Je 100 g Pulver gemäß Beispiel 5a werden unter kräftigem Rühren nacheinander mit je 5 g einer Vernetzerlösung enthaltend Komponente A und je 5 g einer Vernetzerlösung, enthaltend Komponente B vermischt und anschließend für 2 Stunden in einem auf 120^oC temperierten Ofen erhitzt. Nach dem Abkühlen werden die obengenannten Meßwerte bestimmt, die Tabelle 2 zu entnehmen sind.

Es wurden folgende zusätzliche Abkürzungen verwendet:

B7:

3-Glycidyloxypropyl-Trimethoxysilan

B8:

(Aminoethylaminomethyl)phenylmethoxysilan

B9:

3-Aminopropyltriethoxysilan

B10:

Trimethoxysilylpropyldiethylentriamin

B11:

handelsübliches Polyamidoamin

B12:

handelsübliches Polyaziridin

B13:

handelsübliches Polyethylenimin